Question

高铁酸钾（K₂FeO₄）具有极高的氧化性，对环境无不良影响，被人们称为“绿色化学”试剂．某校化学兴趣小组对高铁酸钾进行了如下探究．
I、高铁酸钾制备：
①在一定温度下，将氯气通入KOH溶液中制得次氯酸钾溶液；②在剧烈搅拌条件下，将Fe（NO₃）₃ 分批加入次氯酸钾溶液中，控制反应温度，以免次氯酸钾分解；③加 KOH至饱和，使K₂FeO₄ 充分析出，再经纯化得产品．
（1）温度过高会导致次氯酸钾分解生成两种化合物，产物之一是氯酸钾（KClO₃），此反应化学方程式是______．
（2）制备过程的主反应为（a、b、c、d、e、f为化学计量系数）：aFe （OH） ₃+b ClO^-+cOH^-=d FeO₄^2-+e Cl^-+f H₂O，则a：f=______．
II、探究高铁酸钾的某种性质：
实验1：将适量K₂FeO₄分别溶解于pH 为 4.74、7.00、11.50 的水溶液中，配得FeO₄^2-浓度为 1.0mmol?L^-1（1mmol?L^-1=10^-3mol?L^-1）的试样，静置，考察不同初始 pH 的水溶液对K₂FeO₄某种性质的影响，结果见图1（注：800min后，三种溶液中高铁酸钾的浓度不再改变）．

实验2：将适量 K₂FeO₄ 溶解于pH=4.74 的水溶液中，配制成FeO₄^2-浓度为 1.0mmol?L^-1 的试样，将试样分别置于 20℃、30℃、40℃和 60℃的恒温水浴中，考察不同温度对K₂FeO₄某种性质的影响，结果见图2．
（3）实验1的目的是______；
（4）实验2可得出的结论是______；
（5）高铁酸钾在水中的反应为4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑．
由图1可知，800min时，pH=11.50的溶液中高铁酸钾最终浓度比pH=4.74的溶液中高，主要原因是______；
Ⅲ、用高铁酸钾作高能电池的电极材料：
Al-K₂FeO₄电池是一种高能电池（以氢氧化钾为电解质溶液），该电池放电时负极反应式是：______．

Answer 1

解：I、（（1）由题意可得KClO→KClO₃的过程中Cl从+1价升至+5价，得在KClO生成另一产物的过程中化合价要降低，结合另一产物也为化合物的事实，推测Cl的化合价应降至-1价，故另一产物应为KCl，反应方程式为3KClO=KClO₃+2KCl，故答案为：3KClO=KClO₃+2KCl；
（2）Fe元素化合价由+3价升至+6价，总共升高3价，Cl元素化合价从+1价降至-1价，总共降低2价，化合价升降最小公倍数为6，所以FeO₄^2-系数为2，Cl^-系数为3，根据铁元素守恒确定Fe （OH） ₃系数为2，根据氯元素守恒ClO^-系数为3，根据电荷守恒确定OH^-系数2×2+3-3=4，根据H元素守恒确定H₂O的系数为5，所以a：f=2：5，故答案为：2：5；
II、（3）由图1数据可知，溶液pH越小，相同时间内FeO₄^2-浓度变化越快，高铁酸钾溶液平衡时FeO₄^2-浓度越小．所以实验1的目的是探究高铁酸钾在不同pH溶液中的稳定性（或与水反应的速率），故答案为：探究高铁酸钾在不同pH溶液中的稳定性（或与水反应的速率）；
（4）由图2数据可知，温度越高，相同时间内FeO₄^2-浓度变化越快，高铁酸钾溶液平衡时FeO₄^2-浓度越小，
故答案为：温度越高，高铁酸钾越不稳定（或温度越高，高铁酸钾与水反应的速率越快）；
（5）高铁酸钾在水中的反应为4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑，pH=11.50的溶液中OH^-离子浓度大，使上述平衡向左移动，FeO₄^2-浓度增大，
故答案为：pH=11.50的溶液中OH^-离子浓度大，使上述平衡向左移动；
Ⅲ、原电池的负极发生氧化反应，Al在负极放电，碱性条件下，生成AlO₂^-与H₂O，电极反应式为Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
故答案为：Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
分析：I、（1）由题意可得KClO→KClO₃的过程中Cl从+1价升至+5价，得在KClO生成另一产物的过程中化合价要降低，结合另一产物也为化合物的事实，推测Cl的化合价应降至-1价，故另一产物应为KCl；
（2）Fe元素化合价由+3价升至+6价，总共升高3价，Cl元素化合价从+1价降至-1价，总共降低2价，化合价升降最小公倍数为6，所以FeO₄^2-系数为2，Cl^-系数为3，根据铁元素守恒确定Fe （OH） ₃系数为2，根据氯元素守恒ClO^-系数为3，根据电荷守恒确定OH^-系数，根据元素守恒确定H₂O的系数，据此计算；
II、（3）由图1数据可知，溶液pH越小，相同时间内FeO₄^2-浓度变化越快，高铁酸钾溶液平衡时FeO₄^2-浓度越小；
（4）由图2数据可知，温度越高，相同时间内FeO₄^2-浓度变化越快，高铁酸钾溶液平衡时FeO₄^2-浓度越小；
（5）高铁酸钾在水中的反应为4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑，碱性越强，OH^-离子浓度大；
Ⅲ、原电池的负极发生氧化反应，Al在负极放电，碱性条件下，生成AlO₂^-与H₂O．
点评：本题考查学生阅读题目获取信息的能力、氧化还原反应、盐类水解等，难度中等，要求学生要有扎实的基础知识和灵活运用知识解决问题的能力．注意基础知识的全面掌握．